走向高抽巷抽放瓦斯技術研究

劉如鐵,張繼高

(1. 北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083；2. 河北工程大學，河北 邯鄲 056038)

1 概述

對采空區瓦斯進行抽放，常用的抽放方法有：密閉抽放、插管抽放、向冒落拱上方打鉆抽放、在老頂巖石中打水平鉆孔抽放、高位抽放、直接向采空區打鉆抽放、頂板尾巷抽放、地面鉆孔抽放等多種形式。由于邯鄲某礦區屬于高瓦斯礦井，大多采用瓦斯抽放量和瓦斯抽放率較高的高位抽放(高位巷道和高位鉆孔)形式，本文主要對高位巷道抽放進行研究。

走向高抽巷是沿工作面軌道順槽內錯一定距離在頂板上掘進一條走向巷道，將抽放管路與巷道連通，裂隙中的瓦斯流入高位抽放巷道被抽出。走向高抽巷布置如圖1所示。

圖1 走向高抽巷布置圖

走向高抽巷位置的選取及抽放系統密封性的好壞，都將直接影響其瓦斯抽放量和瓦斯抽放濃度，是走向高抽巷設計的兩個重要參數。

2 走向高抽巷抽放位置的確定

根據回采工作面礦山壓力顯現規律，煤層隨著工作面推進，在其周圍形成一個采動壓力場，在采動壓力場及其周圍形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。將走向高抽巷布置在不同區域，其抽放效果不一樣。彎曲下沉帶由于裂隙形成不好，而冒落帶又存在致命缺點，都不適于布置高抽巷。依據分析，走向高抽巷位置應布置在裂隙帶中下部，但裂隙帶的高度由經驗公式計算只是一個范圍，為了找出高抽巷的最佳抽放位置，采用FLUENT軟件對走向高抽巷進行了數值模擬。

2.1 垂直高度位置的確定

為了確定合理的垂直高度，選取高抽巷(巷中)傾斜方向距工作面上風巷(巷中)為10m、14m、18m、22m、26m時，分別對垂高(工作面底板到高抽巷底板的距離)為16m、20m、24m、28m和32m進行數值模擬，模擬后發現當垂高為20m時效果最好。

由數值模擬可以看出，不同垂直高度時，走向高抽巷抽放效果，當垂直高度為20m時，高抽巷瓦斯濃度達到30%，且上隅角瓦斯濃度較小，僅為0.7%，因此走向高抽巷垂直高度應取20m比較合適。

圖2為不同垂直高度時，走向高抽巷瓦斯濃度曲線圖。從圖2可以看出，高抽巷應布置在裂隙帶中下部，但不能布置太低，如太低反而效果不好，原因主要是布置太低，抽放巷道將會與采空區連通，漏風增加，導致抽放瓦斯濃度降低。

圖2 走向高抽巷垂高不同時上隅角瓦斯濃度

2.2 傾斜方向位置的確定

為確定合理的傾斜方向位置，選取高抽巷垂高為20m時，分別對距工作面上風巷距離為10m、14m、18m、22m和26m的位置進行數值模擬(表1)。

表1 傾斜方向不同水平距離時走向高抽巷抽放效果對比表

由數值模擬可以看出，傾斜方向不同水平距離時走向高抽巷抽放效果，當水平距離為14m時，高抽巷瓦斯濃度達到30%，且上隅角瓦斯濃度較小，僅為0.7%，因此傾斜方向水平距離取14m較合適。

圖3為傾斜方向不同水平距離時，高抽巷瓦斯濃度曲線圖。從圖可以看出，在一定范圍內，高抽巷距上風巷水平距離越近越好，但超過此范圍后效果反而更差，主要原因是由于受礦壓、煤厚及煤層傾角的影響，上風巷附近煤層已變松散，煤體中裂隙發育，如果高位抽放巷道距上風巷過近，易造成抽放系統漏風，導致抽放效果不好。

圖3 傾斜方向水平距離不同時上隅角瓦斯濃度

綜上所述，走向高抽巷垂直高度應布置在距工作面底板向上20m位置，傾斜方向高抽巷(巷中)距上風巷(巷中)水平距離為14m位置。

3 巷道抽放瓦斯密封系統的改進

采用走向高抽巷對采空區瓦斯進行抽放，由于抽放量大，抽放濃度高，抽放系統密封性至關重要，如密封性不好，將直接影響瓦斯抽放量和瓦斯抽放濃度。傳統的巷道密封方式主要采用水泥砂漿密封，但密封效果不理想，在密閉墻兩側和密閉墻與抽放管路之間有漏氣，為此提出水封式抽放系統，對傳統的巷道抽放系統進行改進。

水封式系統原理：依據瓦斯難溶于水的性質，用水將抽放巷道中的瓦斯與通風巷道隔開，從而保證良好的密封性，致使能抽出高濃度的瓦斯。

水封式走向高抽巷就是在走向高抽巷的基礎上，在抽放系統前端(距抽放管路一端)用水密封巷道，提高其密封性，進而提高瓦斯抽放濃度。

施工工藝：在掘進巷道時，可按圖所示施工一個梯形水槽，待整條巷道完工后，在水槽里加入一定量的水(水位在水槽底部巷道頂板之上)，存水封閉巷道；抽放管路鋪設經水槽進入里段巷道；水槽的垂直深度為5m，相對應的最大抽放負壓為50kPa；水槽底端寬度為8m，水封槽上端口之間的寬度在巖體中取30m，煤體中取50m。水封式系統如圖4所示。

圖4 水封式走向高抽巷抽放系統圖

5 結語

通過用FLUENT軟件對走向高抽巷進行數值模擬, 得到了高抽巷的最佳抽放位置，即對于給定煤礦具體條件，高抽巷布置在垂向20m，傾斜方向水平距離為14m時，抽放效果最好；對高抽巷密封系統進行了改進設計，提高了瓦斯抽放效率，同時使抽放系統更具安全性。

[1] 鄧明. 高位鉆場鉆孔抽放采空區瓦斯數值模擬及分析[D]. 淮南：安徽理工大學， 2003.

[2] 袁亮,劉澤功.淮南礦區開采煤層頂板抽放瓦斯技術的研究[J].煤炭學報,2003,28(2):149-152.

[3] 李宗翔.回采采區上隅角瓦斯抽放的參數模擬與參數確定[J].礦業安全與環保，2002,29(1):15-16.

[4] 張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京：煤炭工業出版社，2001.

[5] 趙青云，許英威.高瓦斯工作面的瓦斯抽放技術[J]。礦業安全與環保，2000(1)：34-37.

[6] 梁棟,周西華.回采工作面瓦斯運移規律的數值模擬[J].遼寧工程技術大學學報, 1999, 18 (4): 337-341.

[7] 張景飛,郭德勇,張建國.綜采工作面卸壓瓦斯抽放技術的應用研究[J].礦業安全與環保,2004,31(2):4-5.

[8] 撒占友，何學秋，王恩元，等.戊一21191綜采工作面采空區及下隅角瓦斯分布規律研究[J].煤礦安全，2001(10)：27-30.

[9] 梁棟，王繼仁，葉光巖.采空區瓦斯濃度分布規律的試驗研究[J].煤炭科學技術，1992(3)：16-18，59.